DE60125902T2 - Dual band antenna using a single column of elliptical Vivaldi slots - Google Patents

Dual band antenna using a single column of elliptical Vivaldi slots Download PDF

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Description

FELD DER ERFINDUNGFIELD OF THE INVENTION

Diese Erfindung betrifft das Gebiet der Doppelbandantennen. Spezieller betrifft diese Erfindung eine zugespitzte Schlitzantenne mit Breitbandcharakteristik, deren Strahlbreite sowohl über das PCS-(1850-1990 MHz)-, als auch die Zellularfunk-Bänder (824-894 MHz) stabil ist.These The invention relates to the field of dual band antennas. special this invention relates to a sharpened slot antenna with broadband characteristics, whose beam width both over the PCS (1850-1990 MHz) as well as the cellular radio bands (824-894 MHz) is stable.

HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION

Im Bereich der Mobilkommunikation werden hauptsächlich zwei Frequenzbänder verwendet, PCs und Zellularfunk. Bei den Anstrengungen zur Verringerung der Abmessungen, des Stromverbrauchs und der Kosten wäre es optimal, eine Antenne für beide Frequenzbänder zu benutzen. Derzeitige Doppelbandantennen verwenden zwei getrennte Säulen von Strahlungselementen (z.B. Dipolen), ein für PCS und die andere für Zellularfunk. Als Folge davon wird die Leistung in ungleichen Mengen rechts und links von der Mittelachse gesendet, d.h. es wird ein unsymmetrisches Strahlbreite-Muster produziert. Die Höhe der Leistungsunterschiede variiert mit der Frequenz.in the In the field of mobile communications, mainly two frequency bands are used, PCs and cellular radio. In the effort to reduce the Dimensions, power consumption and costs would be optimal, an antenna for both frequency bands to use. Current dual band antennas use two separate ones columns of radiating elements (e.g., dipoles), one for PCS and the other for cellular radio. As a result, the performance is in unequal amounts right and sent to the left of the center axis, i. it becomes unbalanced Beam width pattern produced. The amount of performance differences varies with the frequency.

Zum Beispiel zeigen die 1 und 2 die Verwendung von zwei getrennten Säulen von Strahlungselementen (z.B. Dipolen), eine für PCS und die andere für Zellularfunk. Man beachte die Asymmetrie in den Strahlbreiten, die von den Strahlbreiten für Zellularfunk und PCS erzeugt werden. (Siehe die 3 und 4). Die über den PCS-Frequenzbereich erzeugte Strahlbreite wird im Vergleich zur von der Antenne über der Zellularfunk-Bandbreite erzeugten Strahlbreite nach links von der Mittelachse verschoben. Dies zeigt, wie die Antenne die Leistung abhängig von der Frequenz in ungleichen Mengen nach links oder rechts von der Mittelachse sendet. Ein weiterer Nachteil der Benutzung von getrennten Säulen von Dipolen für die zwei Bandbreiten ist, dass zwei Steckverbinder benötigt werden, einer für jede Säule von Dipolen.For example, the show 1 and 2 the use of two separate columns of radiating elements (eg dipoles), one for PCS and the other for cellular radio. Note the asymmetry in the beamwidths generated by the beamwidths for cellular and PCS. (See the 3 and 4 ). The beamwidth generated over the PCS frequency range is shifted to the left of the central axis as compared to the beamwidth generated by the antenna over the cellular radio bandwidth. This shows how the antenna sends the power in unequal amounts depending on the frequency to the left or right of the center axis. Another disadvantage of using separate columns of dipoles for the two bandwidths is that two connectors are needed, one for each column of dipoles.

5 zeigt die Verwendung von konzentrischen Säulen von Strahlungselementen (z.B. Dipolen), eine für PCS (Mitten-Säule) und die umliegenden Säulen für Zellularfunk. Obwohl für beide Frequenzbereiche stabile, zentrierte Strahlbreiten erzeugt werden (siehe die 6 und 7), ist die Strahlbreite zu schmal. Das heißt, sie ist nicht in der Lage, ein Strahlbreite-Muster von 90 Grad zu erzeugen, da beide Bänder nur eine einzige Säule haben, die in der Mitte der Antenne zentriert sein muss. 5 shows the use of concentric columns of radiating elements (eg dipoles), one for PCS (center pillar) and the surrounding pillars for cellular radio. Although stable, centered beamwidths are generated for both frequency ranges (see 6 and 7 ), the beam width is too narrow. That is, it is unable to produce a 90 degree beamwidth pattern because both bands have only a single column centered in the center of the antenna.

Um ein symmetrisches Muster zu erzeugen, wird eine Reihe von Dipolen benötigt, die in der Mitte des Reflektors zentriert ist. Dies allein reicht jedoch nicht aus, um ein symmetrisches Strahlbreite-Muster zu erzeugen. Die 8a, 8b und 8c zeigen zum Beispiel eine einzelne Säule von Strahlungselementen, in der die Strahlungselemente zirkulare Dipole sind, in denen der Krümmungsradius der elektrisch leitfähigen Elemente, die den zugespitzten Schlitz des Dipols definieren, fest ist. Dieses Strahlungselement wird in Patent Nr. 6,043,785 offen gelegt, das hiermit als Referenz aufgenommen wird. Wie in 9 gezeigt wird, ist obwohl die Antenne über beide Bänder an 50 Ohm angepasst ist, die unter Verwendung einer einzelnen Säule zirkularer Dipole erzeugte Strahlbreite nicht stabil über die PCS- und die Zellularfunk-Bandbreite. Das heißt, es tritt eine starke Änderung der Strahlbreite auf, wenn die Antenne sowohl für die PCS-, als auch die Zellular-Bandbreite benutzt wird. Zum Beispiel ist das Strahlbreite-Muster für Zellularfunk im Vergleich zur PCS-Bandbreite um 20 Grad verbreitert.To create a symmetrical pattern requires a series of dipoles centered in the center of the reflector. However, this alone is not enough to produce a symmetric beamwidth pattern. The 8a . 8b and 8c For example, Figure 4 shows a single column of radiating elements in which the radiating elements are circular dipoles in which the radius of curvature of the electrically conductive elements defining the tapered slot of the dipole is fixed. This radiation element is in Patent No. 6,043,785 disclosed, which is hereby incorporated by reference. As in 9 Although the antenna is matched to 50 ohms over both bands, the beamwidth generated using a single column of circular dipoles is not stable across the PCS and cellular radio bandwidths. That is, a large change in beamwidth occurs when the antenna is used for both the PCS and the cellular bandwidth. For example, the beamwidth pattern for cellular radio is widened by 20 degrees compared to the PCS bandwidth.

Zusammenfassend kann man sagen, dass derzeitige 90-Grad-Antennen, die in der Lage sind, sowohl die PCS-, als auch die Zellularfunk-Bandbreite abzudecken, entweder nicht stabil sind oder die Leistung in ungleichen Mengen nach links oder rechts von der Mittelachse senden, d.h. ein asymmetrisches Strahlbreite-Muster produzieren.In summary can be said that current 90-degree antennas that are capable of both the PCS, as well as the cellular radio bandwidth, either are not stable or the power left in unequal amounts or to the right of the central axis, i. an asymmetrical one Produce beam width patterns.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION

Die vorliegende Erfindung ist eine Breitband-Antenne zur Verwendung sowohl für die PCS-, als auch die Zellularfunk-Bandbreite. Sie enthält eine Anordnung von zugespitzten Schlitzen, die auf einem Reflektor montiert ist. Weiterhin ist eine Zuleitung betriebsfähig mit der Anordnung von zugespitzten Schlitzen verbunden, um die HF- und Mikrowellensignale zu führen. Jeder der zugespitzten Schlitze besteht aus einem Paar elektrisch leitfähiger Elemente, wobei eine Lücke zwischen dem Paar elektrisch leitfähiger Elemente vorhanden ist, wobei die elektrisch leitfähigen Elemente eine elliptische Form haben und eine Höhe und eine Breite haben, deren Verhältnis nicht 1:1 ist. Der Schlitz wird durch einen Abschnitt der Zuleitung angeregt, der senkrecht zur Lücke verläuft. Es kann eine Vielzahl von zugespitzten Schlitzen angeordnet werden, wobei zwischen jedem der zugespitzten Schlitze ein Abstand vorhanden ist. Dieser Abstand dient dazu, den gewünschten Element-Abstand herzustellen.The present invention is a broadband antenna for use with both the PCS and cellular radio bandwidths. It contains an array of tapered slots mounted on a reflector. Furthermore, a lead is operably connected to the array of pointed slots to carry the RF and microwave signals. Each of the tapered slots consists of a pair of electrically conductive elements, with a gap between the pair of electrically conductive elements, the electrically conductive elements having an elliptical shape and a height and a width whose ratio is not 1: 1. The slot is excited by a portion of the lead that is perpendicular to the gap. It can be arranged a plurality of tapered slots, with between there is a gap between each of the pointed slots. This distance serves to establish the desired element spacing.

In einer anderen bevorzugten Ausführung bildet jedes der elliptisch geformten elektrisch leitfähigen Elemente einen strahlenden Dipol, wobei die Höhe und die Breite der elliptisch geformten Elemente ein Verhältnis von 2:1 aufweisen.In another preferred embodiment forms each of the elliptically shaped electrically conductive elements a radiating dipole, with the height and width of the elliptical shaped elements a relationship of 2: 1.

In noch einer anderen bevorzugten Ausführung enthält der Reflektor weiterhin mindestens einen Haupt-Reflektor, der mit den Enden des Reflektors verbunden ist, die parallel zu der Anordnung von zugespitzten Schlitzen verlaufen, und mindestens einen Sub-Reflektor, der zwischen den Haupt-Reflektoren und der Anordnung von zugespitzten Schlitzen angeschlossen ist.In in yet another preferred embodiment, the reflector further includes at least one main reflector with the ends of the reflector connected in parallel with the arrangement of tapered slots run, and at least one sub-reflector between the Main reflectors and the arrangement of tapered slots connected is.

In noch einer anderen bevorzugten Ausführung ist die Antenne ein Element eines Telekommunikationssystems.In In yet another preferred embodiment, the antenna is an element a telecommunication system.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

1 ist eine Zeichnung einer Breitband-Antenne mit nebeneinander angeordneten Säulen für PCS und Zellularfunk. 1 Figure 4 is a drawing of a broadband antenna with side by side pillars for PCS and cellular radio.

2 ist eine Zeichnung einer Breitband-Antenne mit nebeneinander angeordneten Säulen für PCS und Zellularfunk. 2 Figure 4 is a drawing of a broadband antenna with side by side pillars for PCS and cellular radio.

3 und 4 sind grafische Darstellungen der Strahlbreite-Muster für die in 1, bzw. 2 gezeigten Breitband-Antennen. 3 and 4 are graphical representations of the beam width patterns for the in 1 , respectively. 2 shown broadband antennas.

5 zeigt die Verwendung von konzentrischen Säulen von Strahlungselementen. 5 shows the use of concentric columns of radiating elements.

6 und 7 sind grafische Darstellungen der Strahlbreite-Muster für die in 5 gezeigte Breitband-Antenne für die PCS-, bzw. Zellularfunk-Bandbreite. 6 and 7 are graphical representations of the beam width patterns for the in 5 shown broadband antenna for the PCS or cellular radio bandwidth.

8, 8b und 8c zeigen eine einzelne Säule von Strahlungselementen, in denen die Strahlungselemente kreisförmige Dipole sind. 8th . 8b and 8c show a single column of radiating elements in which the radiating elements are circular dipoles.

9 ist eine grafische Darstellung der Strahlbreite-Muster für die PCS- und Zellularfunk-Bandbreite für die in 8 gezeigte Antenne. 9 Figure 12 is a graphical representation of the beamwidth patterns for the PCS and cellular radio bandwidth for the in 8th shown antenna.

10 ist eine Zeichnung einer elliptisch geformten Vivaldi-Antenne der vorliegenden Erfindung. 10 Fig. 12 is a drawing of an elliptically shaped Vivaldi antenna of the present invention.

11a zeigt eine Ausführung des elliptisch geformten Dipols. 11b zeigt eine elliptisch geformte Vivaldi-Antenne, in der ein Verhältnis von 2:1 zwischen Höhe und Breite des elliptisch geformten Dipols verwendet wird. 11a shows an embodiment of the elliptically shaped dipole. 11b shows an elliptically shaped Vivaldi antenna in which a 2: 1 ratio between height and width of the elliptically shaped dipole is used.

12 ist eine Anordnung von elliptisch geformten zugespitzten Schlitzantennen. 12 is an array of elliptically shaped pointed slot antennas.

13 zeigt den Abstand zwischen den auf einem Reflektor montierten Schlitzantennen-Elementen. 13 shows the distance between the reflector mounted slot antenna elements.

14 zeigt die Verwendung eines Sub-Reflektors. 14 shows the use of a sub-reflector.

15 ist eine grafische Darstellung des Strahlbreite-Musters für die Zellularfunk- und die PCS-Bandbreite für die vorliegende Erfindung. 15 Figure 4 is a graphical representation of the beamwidth pattern for the cellular radio and PCS bandwidths for the present invention.

16 ist eine grafische Darstellung der simulierten Ergebnisse für die Strahlbreite-Muster für die Zellularfunk- und die PCS-Bandbreite für die vorliegende Erfindung. 16 Figure 4 is a graphical representation of the simulated results for the beamwidth patterns for the cellular radio and PCS bandwidths for the present invention.

17 ist ein Blockdiagramm eines Telekommunikationssystems, in dem die vorliegende Erfindung genutzt wird. 17 Fig. 10 is a block diagram of a telecommunication system in which the present invention is used.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

In einer ersten bevorzugten Ausführung wird eine Doppelbandantenne offen gelegt, bei der elliptisch geformte Vivaldi-Schlitze als Strahlungselemente verwendet werden. In einer zweiten bevorzugten Ausführung wird eine Doppelbandantenne offen gelegt, bei der elliptisch geformte Vivaldi-Schlitze und ein Sub-Reflektor verwendet werden, der zwischen einem Haupt-Reflektor und den Dipolen positioniert wird. Diese resultierende Antenne erzeugt eine Strahlbreite von neunzig Grad mit einer stabilen Bandbreite, die breit genug ist, um das PCS- und das Zellularfunk-Band abzudecken. Die Elemente der Antenne bestehen aus elliptischen Vivaldi-Schlitzen (d.h. aus einer Anordnung von elliptisch zugespitzten Schlitzen), einem Reflektor mit einem Haupt-Reflektor und einem Sub-Reflektor.In a first preferred embodiment a double band antenna is revealed, in which elliptically shaped Vivaldi slots are used as radiating elements. In a second preferred embodiment a double band antenna exposed, in which elliptically shaped Vivaldi slots and a sub-reflector can be used between a main reflector and the dipoles is positioned. This resulting antenna produces a beamwidth of ninety degrees with a stable bandwidth, which is wide enough to cover the PCS and cellular radio band. The elements of the antenna consist of Elliptical Vivaldi slots (i.e. an array of elliptically tapered slots), a reflector with a main reflector and a sub-reflector.

ELLIPTISCH GEFORMTE SCHLITZEELLIPTICALLY SHAPED SLICES

Die erste Eigenschaft der vorliegenden Erfindung, welche die Leistungsfähigkeit der Antenne verbessert, ist die Verwendung elliptisch geformter Schlitze. Jeder elliptisch zugespitzte Schlitz wird durch eine Lücke zwischen zwei elliptisch geformten Elementen 12, 13 gebildet, die auf einer metallisierten Schicht auf einer Seite eines dielektrischen Substrates 10 gebildet werden. Die elliptisch geformten Elemente werden durch die Formel x2/a2 + y2/b2 = 1 definiert, wobei a die Höhe und b die Breite der elliptisch geformten Elemente ist.The first feature of the present invention which improves the performance of the antenna is the use of elliptical shaped slots. Each elliptically tapered slot is defined by a gap between two elliptically shaped elements 12 . 13 formed on a metallized layer on one side of a dielectric substrate 10 be formed. The elliptically shaped elements are defined by the formula x 2 / a 2 + y 2 / b 2 = 1, where a is the height and b is the width of the elliptical shaped elements.

10 ist eine Zeichnung einer elliptisch geformten Vivaldi-Antenne 100, die auf einer gedruckten Leiterplatte hergestellt wird. Die Schlitzantenne wird durch den Abstand 11 zwischen den beiden elliptisch geformten Elementen 12, 13 definiert, die auf der metallisierten Schicht 14 auf einer Seite einer gedruckten Leiterplatte gebildet werden. (Es können Leiterplatten benutzt werden, die aus Glas-Epoxydharz oder Polyamid hergestellt wurden. Zusätzlich dazu können Microstrip- Stripline- oder andere dielektrische Substrate 10 verwendet werden, die in der Lage sind, HF- und Mikrowellen-Signale zu übertragen). Die Erfindung unterscheidet sich von der in Patent Nr. 6,053,785 offen gelegten Vivaldi-Antenne darin, dass der Radius R der elektrisch leitfähigen Elemente 12 und 13 nicht fest ist, sondern sich elliptisch ändert. Auf der anderen Seite der gedruckten Leiterplatte kann eine herkömmliche Zuleitung 16 zur Zufuhr der Leistung verwendet werden. 10 is a drawing of an elliptically shaped Vivaldi antenna 100 which is made on a printed circuit board. The slot antenna is determined by the distance 11 between the two elliptical shaped elements 12 . 13 defined on the metallized layer 14 be formed on one side of a printed circuit board. (Circuit boards made of glass epoxy or polyamide may be used, in addition to microstrip stripline or other dielectric substrates 10 used, which are able to transmit RF and microwave signals). The invention differs from that in Patent No. 6,053,785 revealed Vivaldi antenna in that the radius R of the electrically conductive elements 12 and 13 is not fixed, but changes elliptically. On the other side of the printed circuit board can be a conventional lead 16 used to supply the power.

11a zeigt einen elliptisch geformten Dipol. 11b zeigt eine Ausführung, in der ein Verhältnis von 2:1 zwischen Höhe und Breite des elliptisch geformten Dipols verwendet wird. Die kleinste Betriebsfrequenz der Antenne ist eine Funktion der Höhe des Dipols, die in 11b a + b ist. In einer bevorzugten Ausführung ist die Höhe a der elliptisch geformten Elemente ungefähr 4,450 Zoll, während die Breite 2,225 Zoll ist. 11a shows an elliptically shaped dipole. 11b shows an embodiment in which a ratio of 2: 1 between height and width of the elliptically shaped dipole is used. The smallest operating frequency of the antenna is a function of the height of the dipole in 11b a + b is. In a preferred embodiment, the height a of the elliptical shaped elements is about 4.450 inches while the width is 2.225 inches.

Um unerwünschte Gitter-Strahlungskeulen auf einem Minimum zu halten, ist es vorzuziehen, den Element-Abstand S kleiner als die kleinste Betriebs-Wellenlänge zu halten. In einer bevorzugten Ausführung ist der Element-Abstand S gleich dem 0,8-fachen der Wellenlänge bei 1990 MHz (PCS-Bandbreite).Around undesirable To keep lattice lobes to a minimum, it is preferable to keep the element spacing S smaller than the smallest operating wavelength. In a preferred embodiment the element spacing S is equal to 0.8 times the wavelength 1990 MHz (PCS bandwidth).

Ein Abstand 17 trennt die Antennen-Elemente (oder die zugespitzten Schlitze oder Dipole) in der Antennen-Anordnung voneinander (siehe 12).A distance 17 separates the antenna elements (or the pointed slots or dipoles) in the antenna array (see 12 ).

13 zeigt den Abstand Y zwischen den auf einem Reflektor montierten Schlitzantennen-Elementen. Der Element-Abstand begrenzt die höchste Betriebsfrequenz. In einer bevorzugten Ausführung haben die Dipole einen Abstand Y von nicht mehr als einer Wellenlänge. Da PCS den höchsten Frequenzbereich abdeckt (1850-1990 MHz), ist diese Wellenlänge am kürzesten. Daher bestimmt sie den maximalen Abstand zwischen den Dipolen. In einer bevorzugten Ausführung ist der Abstand zwischen den Schlitzen 4,7 Zoll. 13 shows the distance Y between the reflector mounted slot antenna elements. The element spacing limits the highest operating frequency. In a preferred embodiment, the dipoles have a distance Y of not more than one wavelength. Since PCS covers the highest frequency range (1850-1990 MHz), this wavelength is the shortest. Therefore, it determines the maximum distance between the dipoles. In a preferred embodiment, the distance between the slots is 4.7 inches.

REFLEKTOR UND SUB-REFLEKTORREFLECTOR AND SUB REFLECTOR

Eine zweite Verbesserung, welche die vorliegende Erfindung bietet, ist die Verwendung eines zweiten Reflektors oder Sub-Reflektors. Die meisten Antennen enthalten eine Anordnung von Dipolen 102, die sich auf einem einzigen Reflektor 30 befinden (siehe US-Patent 6,043,785 ). Der einzelne Reflektor hat einen Rand oder eine Kante oder einen Haupt-Reflektor 32, der auf jeder Seite des Reflektors 30 gebildet wird. Während der Reflektor 30 im Wesentlichen senkrecht zur metallisierten Schicht der Antennenanordnung ist, verläuft der Rand oder die Kante 32 auf beiden Seiten der Anordnung im Wesentlichen parallel zur Anordnung.A second improvement offered by the present invention is the use of a second reflector or sub-reflector. Most antennas contain an array of dipoles 102 that focus on a single reflector 30 located (see U.S. Patent 6,043,785 ). The single reflector has a rim or edge or a main reflector 32 on each side of the reflector 30 is formed. While the reflector 30 is substantially perpendicular to the metallized layer of the antenna assembly, the edge or the edge runs 32 on both sides of the arrangement substantially parallel to the arrangement.

Zur Verbesserung der Strahlungs-Leistungsdaten wird ein einziger Reflektor 30 benutzt. Er erzeugt jedoch starke Änderungen in der Strahlbreite, wenn er in zwei verschiedenen Frequenzbändern arbeitet. Die Hinzufügung eines zweiten Randes oder einer Kante oder eines Sub-Reflektors 35 auf halbem Weg zwischen den Rändern 32 und den Dipolen dient zur Aufweitung des PCS-Strahls, während der Zellularfunk-Strahl verengt wird, was zu einer stabilen Strahlbreite über der Frequenz führt. In einer bevorzugten Ausführung verlaufen sowohl die Reflektor-Ränder 32 als auch die Sub-Reflektoren 35 im Wesentlichen parallel zur metallisierten Schicht der Antennen-Anordnung 102 (siehe 13).To improve the radiation performance data becomes a single reflector 30 used. However, it produces large changes in beamwidth when operating in two different frequency bands. The addition of a second edge or edge or sub-reflector 35 halfway between the edges 32 and the dipoles is used to widen the PCS beam, while the cellular radio beam ver is narrowed, resulting in a stable beam width over the frequency. In a preferred embodiment, both the reflector edges run 32 as well as the sub-reflectors 35 essentially parallel to the metallized layer of the antenna arrangement 102 (please refer 13 ).

14 zeigt die Verwendung eines Sub-Reflektors 35. In einer bevorzugten Ausführung wird er in der Mitte zwischen den Reflektor-Rändern 32 und der zentrierten Säule von Dipolen 102 auf beiden Seiten der Dipole 102 angeordnet. Wie die 15 (gemessene Strahlbreite-Muster) und 16 (simulierte Strahlbreite-Muster) zeigen, wird ein Unterschied von 30 Grad der gemessenen Strahlbreite zwischen der PCS- und der Zellularfunk-Bandbreite ohne Verwendung eines Sub-Reflektors auf einen Unterschied von 10 Grad (84 bis 95 Grad) bei Verwendung eines Sub-Reflektors verringert und dadurch die Strahl-Stabilität über der Frequenz verbessert. Zusätzlich dazu ist die Mittelachse bei Null Grad zentriert und nicht schief, wie bei den Antennen nach dem bisherigen Stand der Technik. 14 shows the use of a sub-reflector 35 , In a preferred embodiment, it will be in the middle between the reflector edges 32 and the centered column of dipoles 102 on both sides of the dipoles 102 arranged. As the 15 (measured beam width pattern) and 16 (Simulated beam width patterns), a difference of 30 degrees in the measured beam width between the PCS and the cellular radio bandwidth without using a sub-reflector becomes a difference of 10 degrees (84 to 95 degrees) when using a sub-reflector reduces and thereby improves the jet stability over the frequency. In addition, the central axis is centered at zero degrees and not skewed, as in the prior art antennas.

Es muss darauf hingewiesen werden, dass diese Doppelband-(oder Breitband-) Antenne in einem Telekommunikationssystem 400 benutzt werden kann. Sie kann zum Beispiel in dem in US-Patent 5,812,933 offen gelegten Telekommunikationssystem eingesetzt werden. In einer bevorzugten Ausführung enthält das Telekommunikationssystem 400 einen Empfänger 200, einen Sender 300, einen Duplexer 350, der betriebsfähig mit dem Empfänger 200 und dem Sender 300 gekoppelt ist, und die Breitband-Antenne 100, die betriebsfähig mit dem Duplexer 350 verbunden ist (siehe 17). It must be noted that this dual-band (or broadband) antenna is used in a telecommunication system 400 can be used. You can, for example, in the in U.S. Patent 5,812,933 disclosed telecommunications system can be used. In a preferred embodiment, the telecommunication system includes 400 a receiver 200 , a transmitter 300 , a duplexer 350 that is operational with the receiver 200 and the transmitter 300 coupled, and the broadband antenna 100 that works with the duplexer 350 is connected (see 17 ).

1 (Bisheriger Stand der Technik) 1 (Prior art)

  • PCS – ZellularfunkPCS cellular radio
  • APLD65APLD65
  • Nebeneinander angeordnete SäulenSide-by-side columns
  • für PCS und ZellularfunkFor PCS and cellular radio

Vorteile:Advantages:

  • 1) Metallwand trennt PCS- und Zellularfunk-Elemente. Hierdurch werden Störungen beseitigt und gute vertikale Strahlbreiten ermöglicht.1) Metal wall separates PCS and cellular radio elements. This causes disruptions eliminated and allows good vertical beam widths.
  • 2) 90°-Version mit einer einzigen Säule möglich.2) 90 ° version with a single pillar possible.

Nachteile:Disadvantage:

  • 1) Nichtkonzentrisches Design führte zu asymmetrischen Mustern, die einen Versatz von der Mittelachse haben1) Non-concentric design led to asymmetric patterns that have an offset from the central axis
  • 2) Dutzende von I.M.-anfälligen mechanischen Verbindungen2) Dozens of I.M.-susceptible mechanical connections
  • 3) Sehr teuer3) Very expensive
  • 4) 14 Zoll Breite4) 14 inches wide
  • 5) Zwei Steckverbinder5) Two connectors

2 (Bisheriger Stand der Technik) 2 (Prior art)

  • PCS – ZellularfunkPCS cellular radio
  • APLD90APLD90
  • Nebeneinander angeordnete SäulenSide-by-side columns
  • für PCS und ZellularfunkFor PCS and cellular radio

Vorteile:Advantages:

  • 1) Metallwand trennt PCS- und Zellularfunk-Elemente Hierdurch werden Störungen beseitigt und gute vertikale Strahlbreiten ermöglicht.1) Metal wall separates PCS and cellular radio elements This causes disruptions eliminated and allows good vertical beam widths.
  • 2) 90°-Version mit einer einzigen Säule möglich.2) 90 ° version with a single pillar possible.

Nachteile:Disadvantage:

  • 1) Nicht-konzentrisches Design führte zu asymmetrischen Mustern, die einen Versatz von der Mittelachse haben1) Non-concentric design led to asymmetric patterns that have an offset from the central axis
  • 2) Dutzende von I.M.-anfälligen mechanischen Verbindungen2) Dozens of I.M.-susceptible mechanical connections
  • 3) Sehr teuer3) Very expensive
  • 4) 14 Zoll Breite4) 14 inches wide
  • 5) Zwei Steckverbinder5) Two connectors

Fig. 3 Note: Asymmetry Hinweis: Asymmetrie Cellular Zellularfunk Overlays Overlays Beam Peak Strahl-Spitzenwert f/b ratio f/b-Verhältnis deg Grad Beamwidth Strahlbreite Sidelobes Nebenkeulen File: see legend Datei: Siehe Legende Date ... Datum: 23. Dez. 99, 11:07 Operator: Joe B Benutzer: Joe B Serial Number: Seriennummer: Fig. 4 Note: Asymmetry Hinweis: Asymmetrie Cellular Zellularfunk Sid dipoles ... Sid-Dipole Zellularfunk & PCS Zellularfunk-Antenne + ¼-Zoll-Seitenwand 1 Zoll C/Wand in Richtung PCS Overlays Overlays Beam Peak Strahl-Spitzenwert f/b ratio f/b-Verhältnis deg Grad Beamwidth Strahlbreite Sidelobes Nebenkeulen File: see legend Datei: Siehe Legende Date ... Datum: 8. April 99, 10:53 Operator: George Benutzer: George Serial Number: Seriennummer: Fig. 3 Note: Asymmetry Note: asymmetry Cellular cellular overlays overlays Beam Peak Beam-peak f / b ratio f / b ratio ° Degree Beam Width beamwidth Side Lobes side lobes File: see legend File: See legend Date ... Date: 23 Dec. 99, 11:07 Operator: Joe B. User: Joe B. Serial Number: Serial number: Fig. 4 Note: Asymmetry Note: asymmetry Cellular cellular Sid dipoles ... Sid Dipole Cellular Radio & PCS Cellular Radio Antenna + ¼ Inch Side Panel 1 Inch C / Wall Towards PCS overlays overlays Beam Peak Beam-peak f / b ratio f / b ratio ° Degree Beam Width beamwidth Side Lobes side lobes File: see legend File: See legend Date ... Date: 8th April 99, 10:53 Operator: George User: George Serial Number: Serial number:

5 (Bisheriger Stand der Technik) 5 (Prior art)

  • Zellularfunk – PCS – ZellularfunkCellular Radio PCS Cellular Radio
  • APD88/1860/13/16APD88 / 1860/13/16
  • Konzentrische SäulenConcentric columns
  • für PCS- und Zellularfunk-BänderFor PCS and cellular radio bands

Vorteile:Advantages:

  • 1) Symmetrische Azimut-Muster für beide Bänder.1) Symmetrical azimuth pattern for both Bands.
  • 2) Stabile 60°-Strahlbreiten für beide Bänder.2) Stable 60 ° beam widths for both Bands.

Nachteile:Disadvantage:

  • 1) Zellularfunk-Dipole und vertikale Strahlbreiten von PCS stören sich gegeneinander.1) Cellular radio dipoles and vertical beam widths from PCS disturb against each other.
  • 2) Dutzende von I.M.-anfälligen mechanischen Verbindungen2) Dozens of I.M.-susceptible mechanical connections
  • 3) Sehr teuer3) Very expensive
  • 4) 11 Zoll Breite4) 11 inches wide
  • 5) Nicht in der Lage, ein 90°-Muster zu erzeugen, da beide Bänder nur eine einzige Säule haben, die in der Mitte der Antenne sein muss.5) Not able to do a 90 ° pattern to generate, since both bands only a single pillar have to be in the middle of the antenna.

Fig. 6 H-Plane H-Ebene Radome ... Radom A1 in Original-Höhe Overlays Overlays Beam Peak Strahl-Spitzenwert f/b ratio f/b-Verhältnis Deg Grad Beamwidth Strahlbreite Sidelobes Nebenkeulen File: see legend Datei: Siehe Legende Date ... Datum: 7. Okt. 97, 13:21 Operator: KB Benutzer: KB Serial Number: Seriennummer: Fig. 7 Cellular Zellularfunk H-Plane H-Ebene Increased ... Radom um 1/2 Zoll erhöht Overlays Overlays Beam Peak Strahl-Spitzenwert f/b ratio f/b-Verhältnis Deg Grad Beamwidth Strahlbreite Sidelobes Nebenkeulen File: see legend Datei: Siehe Legende Date ... Datum: 7. Okt. 97, 14:31 Operator: KB Benutzer: KB Serial Number: Seriennummer: Fig. 6 H-Plane H-plane Radome ... Radom A1 in original height overlays overlays Beam Peak Beam-peak f / b ratio f / b ratio deg Degree Beam Width beamwidth Side Lobes side lobes File: see legend File: See legend Date ... Date: 7th Oct. 97, 13:21 Operator: KB User: KB Serial Number: Serial number: Fig. 7 Cellular cellular H-Plane H-plane Increased ... Radom increased by 1/2 inch overlays overlays Beam Peak Beam-peak f / b ratio f / b ratio deg Degree Beam Width beamwidth Side Lobes side lobes File: see legend File: See legend Date ... Date: 7th Oct. 97, 14:31 Operator: KB User: KB Serial Number: Serial number:

8A (Bisheriger Stand der Technik) 8A (Prior art)

  • Elektromagnetische Oberfläche, Patch-Code Ver IVElectromagnetic surface, patch code Ver IV
  • Geometrie-PlotGeometry plot
  • Datei: C:\ESP\APDV\old\1920_40u.spcFile: C: \ ESP \ APDV \ old \ 1920_40u.spc
  • Datum: 9-11-2000Date: 9-11-2000
  • Zeit: 8:24Time: 8:24

8B (Bisheriger Stand der Technik) 8B (Prior art)

  • Zirkulare DipoleCircular dipoles
  • AP199012VAP199012V

Vorteile:Advantages:

  • 1) Große Bandbreite1) Great bandwidth
  • 2) Ein Strahlungselement deckt PCS und Zellularfunk ab2) A radiating element covers PCS and cellular radio
  • 3) Sehr wenige mechanische Verbindungen3) Very few mechanical connections
  • 4) Schmal, nur 4 Zoll breit4) Narrow, only 4 inches wide
  • 5) Muster sind symmetrisch5) Patterns are symmetrical

Nachteil:Disadvantage:

  • 1) Zellularfunk-Strahlungsmuster zu stark verbreitert (siehe 3A)1) Cellular radio radiation pattern too much broadened (see 3A )

8C (Bisheriger Stand der Technik) 8C (Prior art)

Fig. 9 Azimuth cut Schnittdarstellung im Azimut Deg Grad Polarization: Theta Polarisation: Theta Frequency Frequenz Cellular pattern ... Zellularfunk-Strahlungsmuster wird zu stark verbreitert Large ... Starke Änderung der Strahlbreite PCS = 90° Zellularfunk = 110° Zu groß Cellwave R.F. Cellwave R.F. Fig. 9 Azimuth cut Sectional view in azimuth deg Degree Polarization: Theta Polarization: Theta Frequency frequency Cellular pattern ... Cellular radio radiation pattern is widened too much Large ... Strong beam width change PCS = 90 ° Cellular Radio = 110 ° Too large Cellwave RF Cellwave RF

1010

11A11A

  • Alte Ausführung Verhältnis 1:2 zwischen Höhe und Breite des DipolsOld version relationship 1: 2 between height and width of the dipole
  • Neue Ausführung Verhältnis 2:1 zwischen Höhe und Breite des DipolsNew version relationship 2: 1 between height and width of the dipole
  • Arbeitet gut bei PCS, aber nicht bei ZellularfunkWorks well with PCS but not with cellular radio

11B11B

  • Arbeitet gut bei PCS und bei ZellularfunkWorks well with PCS and cellular radio

1212

Fig. 13 102 APDV90-Dipole, montiert auf Reflektor 32 Haupt-Reflektor 35 Sub-Reflektor Fig. 14 32 Haupt-Reflektor 35 Sub-Reflektor 102 Dipol-Anordnung

  • Elektromagnetische Oberfläche, Patch-Code Ver IV
  • Geometrie-Plot
  • Datei: C:\ESP\APDV\new\rev_00\dual14_c.spc
  • Datum: 9-11-2000
  • Zeit: 9:35
  • APDV90
Fig. 13 102 APDV90 dipoles, mounted on reflector 32 Main reflector 35 Sub-reflector Fig. 14 32 Main reflector 35 Sub-reflector 102 Dipole array
  • Electromagnetic surface, patch code Ver IV
  • Geometry plot
  • File: C: \ ESP \ APDV \ new \ rev_00 \ dual14_c.spc
  • Date: 9-11-2000
  • Time: 9:35
  • APDV90

Vorteile:Advantages:

  • 1) Gleiche hohe Bandbreite wie AP199012V erlaubt ein Element für PCS und Zellularfunk1) Same high bandwidth as AP199012V allowed an element for PCS and cellular radio
  • 2) Strahlbreite bleibt nahe an 90° (siehe 4a)2) Beam width stays close to 90 ° (see 4a )
  • 3) Strahl-Spitzenwert bleibt nahe an 0°-Mittelachse (siehe 4a)3) Beam peak remains close to 0 ° mid-axis (see 4a )
  • 4) Sehr wenige mechanische Verbindungen4) Very few mechanical connections

Nachteil:Disadvantage:

  • 1) Reflektor auf 8 Zoll aufgeweitet1) Reflector expanded to 8 inches

Fig. 15 Note: Asymmetry Hinweis: Asymmetrie Cellular Zellularfunk APVD measure patterns APVD-Muster-Messung Azimut pattern Muster im Azimut 2'' outer Walls 2 Zoll Außenwände Overlays Overlays Beam Peak Strahl-Spitzenwert f/b ratio f/b-Verhältnis Deg Grad Beamwidth Strahlbreite Sidelobes Nebenkeulen File: see legend Datei: Siehe Legende Date ... Datum: 10. Aug. 00, 9:59 Operator: CP Benutzer: CP Serial Number: Seriennummer: Fig. 16 APVD simulated ... Simulierte APVD-Muster Azimuth cut Schnittdarstellung im Azimut Deg Grad Polarization: Theta Polarisation: Theta Frequency Frequenz Beamwidth ... Strahlbreite zentriert ungefähr 90° Simulated ... Simulierte Ergebnisse Cellwave R.F. Cellwave R.F. Fig. 17 200 Empfänger 330 Duplexer 300 Sender 100 Antenne 400 Telekommunikationssystem Fig. 15 Note: Asymmetry Note: asymmetry Cellular cellular APVD measure patterns APVD pattern measurement Azimuth pattern Pattern in azimuth 2 '' outer walls 2 inches outer walls overlays overlays Beam Peak Beam-peak f / b ratio f / b ratio deg Degree Beam Width beamwidth Side Lobes side lobes File: see legend File: See legend Date ... Date: 10 Aug. 00, 9:59 Operator: CP User: CP Serial Number: Serial number: Fig. 16 APVD simulated ... Simulated APVD patterns Azimuth cut Sectional view in azimuth deg Degree Polarization: Theta Polarization: Theta Frequency frequency Beamwidth ... Beam width centered about 90 ° Simulated ... Simulated results Cellwave RF Cellwave RF Fig. 17 200 receiver 330 duplexer 300 transmitter 100 antenna 400 telecommunications system

Claims (13)

Eine Breitbandantenne, die folgendes umfasst: – Eine Anordnung (102) von zugespitzten Schlitzen (11); – Eine Vielzahl von Paaren elektrisch leitfähiger Elemente (12, 13); – Jedes der Paare enthält zwei geformte elektrisch leitfähige Elemente (12, 13), wobei eine Lücke zwischen den geformten elektrisch leitfähigen Elementen einen der Schlitze (11) definiert; – Einen Abstand (17) zwischen jedem benachbarten Paar von geformten elektrisch leitfähigen Elementen (12, 13); – Einen Reflektor (102), auf dem die Anordnung von zugespitzten Schlitzen montiert ist; und – Eine Zuleitung (26), die betriebsfähig mit der Anordnung von zugespitzten Schlitzen (102) verbunden ist, um HF- und Mikrowellensignale zu leiten; dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitfähigen Elemente (12, 13) elliptisch geformt sind, wobei Höhe und Breite ein Verhältnis haben, dass nicht gleich 1:1 ist.A broadband antenna comprising: - an array ( 102 ) of tapered slots ( 11 ); A plurality of pairs of electrically conductive elements ( 12 . 13 ); Each of the pairs contains two shaped electrically conductive elements ( 12 . 13 ), wherein a gap between the shaped electrically conductive elements of one of the slots ( 11 ) Are defined; - a distance ( 17 ) between each adjacent pair of molded electrically conductive elements ( 12 . 13 ); - a reflector ( 102 ) on which the array of tapered slots is mounted; and - a supply line ( 26 ) operable with the array of tapered slots ( 102 ) to conduct RF and microwave signals; characterized in that the electrically conductive elements ( 12 . 13 ) are elliptically shaped, wherein height and width have a ratio that is not equal to 1: 1. Breitbandantenne nach Anspruch 1, wobei der Reflektor weiterhin folgendes umfasst: – Mindestens einen Haupt-Reflektor (32), der mit mindestens einer Seite des Reflektors verbunden ist; und – Mindestens einen Sub-Reflektor (35), der zwischen dem mindestens einen Haupt-Reflektor und der Anordnung (102) von zugespitzten Schlitzen angeschlossen ist.A broadband antenna according to claim 1, wherein the reflector further comprises: - at least one main reflector ( 32 ) connected to at least one side of the reflector; and at least one sub-reflector ( 35 ) between the at least one main reflector and the arrangement ( 102 ) is connected by tapered slots. Breitbandantenne nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Abstand einen Zwischen-Element-Abstand erzeugt, der kleiner oder gleich der längsten Betriebs-Wellenlänge ist.A broadband antenna according to claim 1 or 2, wherein the Distance creates an inter-element distance that is smaller or equal to the longest Operating wavelength is. Breitbandantenne nach Anspruch 1, 2 oder 3, wobei jedes der Paare elliptisch geformter elektrisch leitfähiger Elemente (12, 13) einen Strahlungs-Dipol bildet.A broadband antenna according to claim 1, 2 or 3, wherein each of said pairs of elliptically shaped electrically conductive elements ( 12 . 13 ) forms a radiation dipole. Breitbandantenne nach Anspruch 4, wobei die Dipole einen Abstand von weniger als einer Wellenlänge haben.A broadband antenna according to claim 4, wherein the dipoles have a distance of less than one wavelength. Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Höhe und eine Breite der elliptisch geformten leitfähigen Elemente ein Verhältnis von 2:1 haben.Broadband antenna according to one of claims 1 to 5, with a height and a width of the elliptically-shaped conductive members is a ratio of 2: 1 have. Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Anordnung zugespitzter Schlitze auf einem dielektrischen Substrat gebildet wird.Broadband antenna according to one of claims 1 to 6, wherein the arrangement of pointed slots on a dielectric Substrate is formed. Breitbandantenne nach einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei der mindestens eine Sub-Reflektor auf halbem Wege zwischen dem mindestens einen Haupt-Reflektor (32) und der Anordnung von zugespitzten Schlitzen (102) angeschlossen ist.Broadband antenna according to one of claims 2 to 7, wherein the at least one sub-reflector midway between the at least one main reflector ( 32 ) and the arrangement of pointed slots ( 102 ) connected. Breitbandantenne nach Anspruch 8, wobei der Reflektor im Wesentlichen rechteckig zu der Anordnung von zugespitzten Schlitzen ist, wobei der mindestens eine Haupt-Reflektor und der mindestens eine Sub-Reflektor im Wesentlichen parallel zu der Anordnung von zugespitzten Schlitzen verlaufen.A broadband antenna according to claim 8, wherein the reflector substantially rectangular to the array of tapered slots is, wherein the at least one main reflector and the at least a sub-reflector substantially parallel to the array of tapered slots. Verfahren, um über eine große Bandbreite eine symmetrische und stabile Strahlbreite zu erzeugen, wobei eine Breitbandantenne gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: – Zentrieren der Anordnung (102) von zugespitzten Schlitzen (11) in der Mitte eines Reflektors (32); und – Reflektieren der abgestrahlten Energie von mindestens einer Kante des Reflektors, wobei die mindestens eine Kante parallel zu der Anordnung von zugespitzten Schlitzen verläuft; – Abstrahlen und Empfangen von Energie von mindestens einem Dipol, der sich auf der Anordnung von zugespitzten Schlitzen befindet; wobei der Dipol durch ein Paar elliptisch geformter elektrisch leitfähiger Elemente (12, 13) gebildet wird, und eine Lücke zwischen den elliptisch geformten Elementen hat, wobei die Lücke einen der Schlitze (11) definiert.A method of generating a symmetric and stable beamwidth over a wide bandwidth using a broadband antenna according to any one of claims 1 to 9, the method comprising the steps of: - centering the array (FIG. 102 ) of tapered slots ( 11 ) in the middle of a reflector ( 32 ); and - reflecting the radiated energy from at least one edge of the reflector, the at least one edge being parallel to the array of tapered slots; - radiating and receiving energy from at least one dipole located on the array of tapered slots; wherein the dipole is formed by a pair of elliptically shaped electrically conductive elements ( 12 . 13 ) and has a gap between the elliptically shaped elements, the gap being one of the slots ( 11 ) Are defined. Verfahren nach Anspruch 10, das weiterhin den Schritt des Reflektierens der abgestrahlten Energie von mindestens einem Sub-Reflektor (35) umfasst, der sich zwischen der mindestens einen parallelen Kante und der Anordnung von zugespitzten Schlitzen befindet.The method of claim 10, further comprising the step of reflecting the radiated energy of at least one sub-reflector ( 35 ) located between the at least one parallel edge and the array of tapered slots. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei jeder der Dipole auf einem dielektrischen Substrat gebildet wird; wobei die Höhe und die Breite der elliptisch geformten Elemente ein Verhältnis von 2:1 aufweist; und worin die Dipole einen Abstand voneinander haben, der nicht größer ist als eine Wellenlänge.The method of claim 10 or 11, wherein each the dipole is formed on a dielectric substrate; in which the height and the width of the elliptical shaped elements is a ratio of 2: 1; and wherein the dipoles are at a distance from each other, which is not bigger as a wavelength. Ein Breitband-Telekommunikationssystem (400), das folgendes umfasst: – Einen Empfänger (200); – Einen Sender (300); – Einen Duplexer (330), der betriebsfähig mit dem Empfänger und dem Sender gekoppelt ist; und – Eine Breitbandantenne (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die betriebsfähig mit einem der Duplexer gekoppelt ist.A broadband telecommunications system ( 400 ), which comprises: - a consignee ( 200 ); - a station ( 300 ); - a duplexer ( 330 ) operably coupled to the receiver and the transmitter; and - a broadband antenna ( 100 ) according to one of claims 1 to 9, which is operatively coupled to one of the duplexers.
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